【壓縮機網】我國最早的氫氣壓縮機是上世紀六十年代由上海精業機器廠生產的氫氣壓縮機，8臺大型紅旗牌氫氣壓縮機用于液氫工程。1966年作者參與過該機的安裝。

　　2000年中外合資天津梅塞爾凱德公司在滄州化工廠建廠，用氯化工的尾氣回收氫氣，并凈化、壓縮、裝瓶。運到北京氣體公司，準備供2008年奧運會1/3氫氣汽車之需，后來由于氫氣儲存問題而停產。該項目配備有4臺由無錫第二壓縮機廠提供的2列4級氫氣壓縮機，作者時任公司技術總監，參與項目的研究建設等工作。

　　這種項目與大型液氫工程項目相比是小巫見大巫。

　　國內用于煉油廠的大型氫氣壓縮機是由原沈陽氣體壓縮機開創的，為我國石化行業加氫服務。開始有新氫壓縮機，循環氫壓縮機，后來沈陽鼓風機公司開發了離心循環氫壓縮機，可靠性高，逐步取代了活塞式大型循環氫壓縮機。

　　小型氫氣壓縮機則是另一種情況。

　　與電動汽車幾乎同時發展的氫燃料汽車推動了小型氫氣壓縮機的發展，不少的壓縮機制造商在這一領域開始發力。

 

　　1 氫燃料電池汽車的發展，促進了氫氣壓縮機的振興

　　作為給氫燃料電池汽車提供氫氣的基礎設施，加氫站的數量也在不斷增長。

　　最早的氫氣加注站也許可以追溯到1980年代位于美國Los Alamos的加氫站，當時美國阿拉莫斯國家實驗室為了驗證液態氫氣作為燃料的可行性而建造了該站，之后越來越多的加氫站逐漸建成。據FuelCell Today統計，截至2006年，全球范圍內建成的加氫站已達140多座，北美新建加氫站數量在全世界新建加氫站中的比重增大，發展更為迅速。同時除德國外，其它歐洲地區也加快了氫能基礎設施的研究建設步伐。美國處于規劃中的加氫站有40多座，占絕大多數，挪威、意大利和加拿大這三個國家也均有5-7座加氫站處于規劃之中，

　　2018年9月28日，武漢首批氫燃料電池動力公交車在中國光谷武漢東湖新技術開發區359路公交線路試運行，武漢首座加氫站同步啟用，標志著武漢市氫燃料電池動力公交車全面進入商業化示范運行新階段。

　　濰柴也早早布局了氫能動力，并已經取得了豐碩成果。2018年，濰柴全面啟動燃料電池產業園建設項目，建成了兩萬套級產能的燃料電池發動機及電堆生產線，是目前全球最大的氫燃料電池發動機制造基地。2019年以來，濰柴先后在山東濰坊、聊城、濟寧、濟南等地批量投放氫燃料電池公交車。在濰柴的助力下，山東省建設了6座加氫站，7條公交運營專線，陸續投放氫燃料電池公交車超過200輛，累計運行達130萬公里，是全球氫燃料公交線路最密集的區域之一。濰柴也由此成為了全球氫燃料電池商用車區域性示范投放產品最多的企業之一。目前濰柴集團已經建立起“單電池-電堆-發動機-整車”的氫燃料商用車全產業鏈。

　　2020年7月30日，廣州市發展改革委官網對外發布《廣州市氫能產業發展規劃（2019-2030）》（簡稱“《規劃》”）。《規劃》中提出，到2022年，環衛領域新增、更換車輛中燃料電池汽車占比不低于10%；公交、物流、工程服務、倉儲、港口等領域燃料電池汽車示范運行不低于3000輛。建設綠色氫電綜合調峰示范應用電站1座，建成加氫站不少于30座。氫能產業實現產值預計200億元以上。

　　到2025年，培育廣州氫能及燃料電池相關企業超過100家。公交、環衛領域燃料電池汽車占比不低于30%。建設綠色氫電綜合調峰電站4座，建成加氫站不少于50座。氫能產業實現產值預計600 億元以上。到2030年，建設綠色氫電綜合調峰電站不低于10座，建成加氫站100座以上。氫能產業實現產值預計2000億元以上。

　　目前，濰坊市已建成兩座加氫站和一座加氫加氣合建站，另有兩座正在建設，預計2021年6月底建成，屆時濰坊將再新增日加氫能力1500公斤。濰坊市區上線運行氫動力公交車輛100余輛，累計運行里程近100萬公里，積累了豐富的車輛運行數據，為車輛不斷改進和發展提供了大量的基礎參數，為推動城市公交系統助力新舊動能轉換作出了積極貢獻。近期，山東省政府新聞辦舉行新聞發布會，解讀《山東省氫能產業中長期發展規劃(2020-2030年)》并回答記者提問。山東省住建廳副廳長周善東介紹，按照山東省加氫站建設規劃目標，到2022年要累計建成加氫站30座，目前全省在運加氫站6座。周善東表示，目前正在組織制定《山東省加氫站技術導則》和《山東省加氫站建設運營管理辦法》，主要包括加氫站設計、建設管理相關技術要求、加氫站審批流程等有關內容。

　　由此可以看出我國加氫站布局的一角。可以看出氫氣壓縮機的潛力。

 

　　2 氫氣壓縮機占加氫站投資的30%

　　氫氣壓縮機目前占建設總成本的30%，是加氫站建設降低成本的關鍵。由于氫氣具有密度低、能量密度小的特點，氫氣壓縮機必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質，盡可能的追求較少的能源損耗，目前國內加氫站較多采用的是活塞式和隔膜式壓縮機。

　　1）國際上活塞式壓縮機的輸出壓力可達到100MPa，流量為300Nm3/h。其中，HydroPac公司研制的壓縮機輸出壓力為85.9MPa，流量為430kg/h，較為成熟。國內亦有幾家壓縮機制造商生產這種壓縮機。

　　2）我國從上世紀開始引進隔膜式壓縮機，現在國內亦有不少廠家生產隔膜壓縮機，除V型機外，亦有大型的對稱平衡型隔膜壓縮機。缺點與活塞式類似，也僅用于中小排量和高壓的工況。較先進的壓縮機排氣壓力可達100MPa，流量為200～700Nm3/h，效率可達80%～85%。其中美國的三層金屬隔膜結構壓縮機輸出壓力超過85MPa。國內的該類壓縮機壓力僅有45MPa，且流量較小，實際的示范應用中故障率較高，同時87.5MPa壓力等級壓縮機還處于試樣階段，關鍵部件仍依賴進口。

　　3）線性壓縮機直接將電磁力轉化為活塞往復運動的驅動力，能量使用效率較高，且結構簡單省去了大量的支撐部件，經濟性潛力較大。美國為實現其DOE指定的提效、降本目標，已開始研制86～95MPa、氣體排量高于112Nm3/h、效率超過73%的線性壓縮機。該類壓縮機尚未有應用實例，但其是未來壓縮機成本降低的一個方向。西安交通大學在上世紀亦有碩士研究生在加強研究這種壓縮機。

　　4）2016年2月22日，林德（韓國）與韓國領先的綠色發展公司Energy & Marine Solution Co. Ltd（以下簡稱“EM”）簽署了一份合作協議，以推進在韓國的加氫站業務開發項目，并通過合作增加公司的業務競爭力。該協議將兩大公司的優勢與能力強強聯合，以合作的形式提供整體解決方案，其深遠意義不言而喻。EM與林德（韓國）的合作已初見成效，雙方共同開發的新型KGS氫測試站使EM最近榮獲了一個獎項。在KGS的測試中心，林德（韓國）與EM Solution各展所長，由林德（韓國）提供離子壓縮機技術并負責氫氣供應，而EM Solution則負責加氫站的建設與維護工作。

　　離子液體壓縮機采用低熔點鹽代替活塞，使用壽命長、比活塞式可節省20%能耗。目前林德集團研制的該類壓縮機從最初的500個零件降低為8個，成本已大幅降低，應用到加氫站的離子液體壓縮機排氣壓力為45～90MPa、流量為90～340Nm3/h，效率65%以上，最高的排氣壓力可達100MPa，排量為376～753Nm3/h。

　　離子壓縮機在某些方面顯示了作為加氫站壓縮機的特點。

　　該技術目前已獲專利。與金屬活塞壓縮的不同之處在于，本解決方案采用一種離子液體，通過其上下運動對氫氣進行壓縮。此液體由定制鹽分子組成，其特殊的理化屬性能夠防止其與氫氣混合。此外，因壓縮所產生的熱量能夠通過氣缸直接散熱，而金屬活塞的散熱必須通過熱交換才能實現。

　　目前，林德已為100多家加氫站提供此先進技術，在全球市場份額中位居第一。林德（韓國）今年有望為當地政府機構供應兩臺離子壓縮機產品，公司將通過供應高質量的加氫站產品，積極響應韓國政府降低碳排放量的政策量。

　　林德（韓國）市場開發經理Changyeol Choi表示：“我們非常榮幸能夠與EM Solution建立互補性的合作關系，EM Solution在韓國擁有豐富的建設經驗，將兩大公司的優勢與資源相結合，十分有利于強化韓國加氫市場的發展。”

　　林德展出的離子壓縮機可通過5級壓縮對氣態氫進行壓縮，壓縮以后氫氣被輸送至下游使用，通過加氫槍為燃料電池車加注。該離子壓縮機最高壓力90MPa，具有集約、高效等特點。

 

　　3 氫氣來源決定著氫氣壓縮機的未來發展潛力

　　氫氣壓縮機的發展依賴于氫氣來源。

　　我國氫氣主要來源于煉鋼廠尾氣、焦爐煤氣（66%）、氯堿工業副產氫、天然氣、甲醇、液氨重整。焦爐煤氣中含硫量較高，會引起催化劑中毒從而減少電堆壽命，加裝脫硫裝置會大幅增加系統成本，因此目前氫燃料電池的氫氣主要來源于氯堿工業副產氫。

　　正如本文開始提到的氯化工氫氣回收那樣，目前我國氯堿副產氫產能約76萬噸/年，完全可滿足目前氫燃料電池汽車需求，疊加天然氣、甲醇、液氨裂解的氫氣產能，合計278萬噸/年，可供68萬輛氫燃料電池汽車使用，其中氯堿副產氫即可供應19萬輛汽車的氫氣需求，因此短期內氯堿副產氫能完全滿足氫氣用量.

　　隨著未來氫燃料電池汽車的快速增長，遠期氫氣供應依然不足，電解水制氫有望成為未來氫氣生產的主要來源。電解水制氫目前唯一缺點是耗電量大導致成本過高，約在2.5～3.5元/Nm3之間，而氯堿副產氫氫氣成本僅1.3～1.5元/Nm3。電解水制氫成本來源主要是電耗，能耗水平約為4.5～5.5kWh/Nm3，能效在72%～82%之間，成本相當于30～40元/kg，用電解法生產氣態氫的價格比汽油約高65%，如果生產液態氫，則比汽油高約260%以上。

　　基于光伏發電、風電和水電調峰需要大量蓄電池，用電解法生產氣態氫也是一種調峰的重要手段，其經濟價值較高，未來將是氫氣的重要應用來源領域之一。

 

　　小知識趣點

　　1）我國氫氣壓縮機起步于上世紀中期，上世紀末發展比較快，尤其是小型氫氣壓縮機；

　　2）各種氫氣壓縮機有不同的特點和使用場合，適用于加氫站的氫氣壓縮機還在不斷發展之中；

　　3）加氫站的發展需要要具備壓力高、安全和密封性好的壓縮機；

　　4）氫氣壓縮機的發展依賴于經濟、環保的氫氣來源和加氫站的布局。

來源：本站原創